Verkapselung flüssiger bioaktiver Wirkstoffformulierungen mittels koaxialer Mehrstoffdüsen und der Vibrations-Strahl-Technik

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Thommes
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552808105

In diesem Projekt werden die Mechanismen des Strahlzerfalls aus Mehrstoffdüsen mithilfe der bislang noch nicht verstandenen Vibrationsstrahltechnik aufgeklärt. Insbesondere wird das Zusammenspiel zwischen Materialeigenschaften, Prozessbedingungen sowie Produkteigenschaften mathematisch beschrieben. Diese Grundlagenforschung ist unabhängig von jeglicher Anwendung, auch wenn die Herstellung pharmazeutischer Kapseln zur Diskussion herangezogen wird. Dazu wird ein flüssiger bioaktiver Kern auf Lipidbasis in eine hydrophile Polymerhülle eingebettet, die sich als Darreichungsform für die orale Verabreichung an einen Patienten eignet. Um den gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden, müssen strenge Vorgaben hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Gewichts und der mechanischen Eigenschaften eingehalten werden. Unsere Hypothese ist, dass nicht-ionische Materialien auf Hydrokolloidbasis geeignet sind, Lösungen bioaktiver Inhaltsstoffe auf Lipidbasis mithilfe der Vibrationsstrahltechnik zu verkapseln. Die entwickelten Modellierungsansätze sind geeignet, die Zusammensetzung der Kapselhülle und die Bedingungen des Einkapselungsprozesses zu definieren, um die gewünschten Kapselspezifikationen zu erreichen. Die ersten Arbeiten werden der Gestaltung der Zusammensetzung der Kapselhülle gewidmet sein. Die Hülle besteht aus nicht-ionischen Hydrokolloiden, Weichmachern und Wasser. Es werden empirische Modelle abgeleitet, um die Zusammensetzung der Kapselhülle mit Materialeigenschaften wie Grenzflächenspannung, Viskosität und Zugfestigkeit zu korrelieren. Der Schwerpunkt dieses Projekts liegt insbesondere auf dem Verkapselungsprozess mittels vibrierender koaxialer Mehrstoffdüsen, der auf der Grundlage der Materialeigenschaften der Lösungen für den Kapselkern und die Kapselhülle rational ausgelegt wird. Zu diesem Zweck werden gängige empirische Modelle für eine einzelne flüssige Phase, wie etwa der Rayleigh-Zerfall, erweitert. Abschließend werden die Erkenntnisse zu den kritischen Materialattributen und kritischen Prozessparametern in einem einzigen und umfassenden Modell zusammengeführt, das den Verkapselungsprozess beschreibt. Dies wird es ermöglichen, kritische Qualitätsmerkmale der endgültigen Kapseln vorherzusagen, wie z. B. Gleichmäßigkeit des Gewichts, mechanische Eigenschaften und Lagerstabilität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen